TWI706024B - 散熱材料接著用組成物、附接著劑之散熱材料、鑲嵌件基板及其製造方法 - Google Patents

散熱材料接著用組成物、附接著劑之散熱材料、鑲嵌件基板及其製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可減少成本並同時確保穩定密著性之散熱材料、使用其之鑲嵌件基板及其製造方法。
本發明係使用下述散熱材料接著用組成物被覆散熱材料之一部分或全部而作成附接著劑之散熱材料，該散熱材料接著用組成物係含有包含環氧樹脂之樹脂成分、硬化劑及無機填料而成，且在80℃下的複數黏度為1×103Pa‧s~5×106Pa‧s。

Description

散熱材料接著用組成物、附接著劑之散熱材料、鑲嵌件基板及其製造方法 技術領域
本發明係有關於一種主要以基板散熱為目的之散熱材料、使用其之鑲嵌件基板及其製造方法。
背景技術
於安裝電源模組、高功率LED等之基板係尋求有將熱進行散熱之機能。為此目的，迄今係如專利文獻1所揭示的鑲嵌件基板般，以基板散熱為目的而在基板上設置孔，並插入散熱材料。鑲嵌件基板之製造方法可使用例如將散熱材料插入基板，並於其上施加壓力，使其塑性變形而藉此固定的手法。然而，在使用此手法時，由於會成為手工作業，而會容易使成本變高，亦會發生壓力不足而使散熱材料脫落等問題。因此，尋求可減少成本並同時確保穩定密著性之技術。
習知技術文獻 專利文獻
專利文獻：日本特許第4988609號公報
發明概要
本發明係有鑑於前述而作成者，其目的在於提供一種可減少成本並同時確保穩定密著性之散熱材料。又，目的亦在於提供一種使用有此散熱材料的可靠性高的鑲嵌件基板及其製造方法。
為了解決前述課題，本發明之散熱材料接著用組成物係含有包含環氧樹脂之樹脂成分、硬化劑及無機填料而成，且令80℃下的複數黏度在1×103Pa‧s~5×106Pa‧s之範圍內。
前述樹脂成分係選自於固形環氧樹脂及液狀環氧樹脂之1種或2種以上的樹脂。
硬化劑可使用選自於咪唑系硬化劑、陽離子系硬化劑及自由基系硬化劑之1種或2種以上。
無機填料可使用選自於以下之1種或2種以上：金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、合金粉、銀塗布銅粉、金塗布銅粉、銀塗布鎳粉、金塗布鎳粉、二氧化矽、氧化鋁、氮化硼、石墨烯及碳；前述合金粉係由選自金、銀、銅及鎳之2種以上金屬構成。
本發明之附接著劑之散熱材料係藉由以前述散熱材料接著用組成物被覆散熱材料表面的一部分或全部而得者。本發明之鑲嵌件基板係使用該附接著劑之散熱材料而得者。
又，本發明之鑲嵌件基板之製造方法係具有以下步驟：預熱基板之步驟；將附接著劑之散熱材料插入經加熱的基板之步驟；及藉由加壓來將附接著劑之散熱材料固定於基板之步驟。
依據本發明之散熱材料接著用組成物，可得到能輕易地固定基板而可確保穩定密著性的附接著劑之散熱材料。因此，可解決散熱材料脫落等先前技術之問題點。又，由於可使作業效率提升，故能減少成本。
A、B‧‧‧附接著劑之散熱材料
1‧‧‧氟樹脂製片材
2、12‧‧‧散熱材料
3、13‧‧‧散熱材料接著用組成物
10‧‧‧孔
11‧‧‧基板
圖1(a)~(d)係示意截面圖，顯示將散熱材料接著用組成物塗布於散熱材料上來製造附接著劑之散熱材料的步驟。
圖2(a)、(b)係示意截面圖，顯示將附接著劑之散熱材料固定於基板之步驟。
用以實施發明之形態
以下更為具體地說明本發明之實施形態。
有關於本實施形態之散熱材料接著用組成物係含有包含環氧樹脂之樹脂成分、硬化劑及無機填料而成。
環氧樹脂可使用選自於固形環氧樹脂及液狀環氧樹脂之1種或2種以上的樹脂。
於此，「固形環氧樹脂」係指在常溫(25℃)下為固體之環氧樹脂。固形環氧樹脂只要是在分子內含有環氧 基，且在常溫(25℃)為固體就無特別限定，但具體例可列舉參酚型環氧樹脂、參酚甲烷型環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂、酚酚醛清漆型環氧樹脂等。
又，液狀環氧樹脂只要是在分子內含有環氧基，且在常溫(25℃)為液體就無特別限定，但具體例可列舉雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、去水甘油基胺系環氧樹脂、去水甘油基醚系環氧樹脂等。
固形環氧樹脂及液狀環氧樹脂可分別單獨使用，但以併用固形環氧樹脂及液狀環氧樹脂為佳。
在固形環氧樹脂及液狀環氧樹脂之合計量100質量份中，固形環氧樹脂之摻合量雖未限定於此，但以20~90質量份為佳，且以40~80質量份更佳。若在20質量份以上，即便在溶劑乾燥後也不會殘留膠黏性，而使操作變得容易。又，若在90質量份以下，由於溶劑會難以揮發而難以在糊的表面上產生膜，而會變得容易塗布在散熱材料上。
有關於本實施形態之散熱材料接著用組成物，除了固形環氧樹脂及液狀環氧樹脂之外，亦可使用雙順丁烯二醯亞胺化合物。
雙順丁烯二醯亞胺化合物可使用下列通式(I)所表示者。
[化1]
Figure 105119557-A0202-12-0005-1
但，式(I)中，X表示脂肪族、脂環或芳香族之烴基，且為主鏈碳數為10~30之烴基，該等基團亦可具有雜原子、取代基或矽氧烷骨架。X係以經脂肪族或脂環烴或脂環烴基修飾的脂肪族烴基為佳，且以碳數10~55之脂肪族烴基更佳，又以碳數10~40更佳。
Y表示脂肪族、脂環或芳香族之烴基，該等基團亦可具有雜原子、取代基、苯基醚骨架、磺醯基骨架或矽氧烷骨架。Y係以芳香族烴基為佳。
n為重複單元數，且表示1~20之範圍的數。若n在1以上，可得到能確保穩定密著性之附接著劑之散熱材料。又，n以在20以下為佳，在10以下更佳。若n在20以下，可得到能確保穩定密著性之附接著劑之散熱材料。雙順丁烯二醯亞胺化合物可單獨使用1種n為1~20者，亦可併用2種以上，但以n為1~10者之混合物更佳。
藉由n為1~10者之混合物，由於可提升耐振動性，而變得亦能適合用在汽車等振動激烈的製品中所使用的基板。
前述雙順丁烯二醯亞胺化合物之製造方法並無特別限定，例如可藉由使酸酐與二胺進行縮合反應後，脫 水而進行環化(醯亞胺化)之眾所皆知的方法來製造。
前述雙順丁烯二醯亞胺化合物可使用市售的化合物，較佳的例子係可適宜地使用DESIGNER MOLECURES Inc.製的BMI-3000(藉由二聚物二胺、苯均四酸二酐及順丁烯二酸酐來合成)、BMI-1500、BMI-2550、BMI-1400、BMI-2310、BMI-3005等。
前述之中特別適合用於本發明之雙順丁烯二醯亞胺化合物DESIGNER MOLECURES Inc.製之BMI-3000係以下述結構式表示。式中，n係1~20之範圍的數。
Figure 105119557-A0202-12-0006-2
當使用雙順丁烯二醯亞胺化合物時，雙順丁烯二醯亞胺化合物之摻合量雖未限定於此，但以在樹脂成分100質量份中為5~20質量份為佳。
前述硬化劑雖無特別限定，但可單獨使用選自於由咪唑系硬化劑、陽離子系硬化劑及自由基系硬化劑所構成之群組之1種，亦可摻合2種以上來使用。
咪唑系硬化劑可列舉咪唑、2-十一基咪唑、2-十 七基咪唑、2-乙基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-十一基咪唑、2-苯基咪唑、2,4-二胺基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三
Figure 105119557-A0202-12-0007-9
等。藉由使用咪唑系硬化劑作為硬化劑，可使導電性、散熱性提升。
陽離子系硬化劑可列舉：以三氟化硼之胺鹽、對甲氧基苯重氮六氟磷酸鹽、二苯基錪六氟磷酸鹽、三苯基鋶、四正丁基鏻四苯基硼酸鹽、四正丁基鏻-o,o-二乙基二硫代磷酸鹽等為代表的鎓系化合物等。
自由基系硬化劑(聚合起始劑)可列舉過氧化二異丙苯(dicumyl peroxide)、過氧化第三丁基異丙苯、第三丁基過氧化氫、異丙苯過氧化氫、偶氮系化合物等。
硬化劑之摻合量雖無特別限定，但較佳係相對於樹脂成分100質量份為0.5~30質量份，且更佳為1~20質量份，又更佳為3~15質量份。
前述無機填料亦無特別限定，可舉例如：金、銀、銅、鎳等金屬粉；由選自金、銀、銅及鎳之2種以上金屬構成之合金粉；銀塗布銅粉、金塗布銅粉、銀塗布鎳粉、金塗布鎳粉；石墨烯、碳等碳材料；二氧化矽、氧化鋁、氮化硼等。該等無機填料可單獨使用1種，亦可摻合2種以上來使用。
藉由使用前述無機填料，可達成所希望的導電性、散熱性或線膨脹係數。當需要導通散熱材料及通孔電鍍時，較佳係使用金、銀、銅或鎳等金屬粉、由選自金、銀、銅及鎳之2種以上金屬構成之合金粉、銀塗布銅粉、金 塗布銅粉、銀塗布鎳粉、金塗布鎳粉、石墨烯或碳。當不需導電性時，亦可使用二氧化矽、氧化鋁、氮化硼。
無機填料之摻合量雖無特別限定，但較佳係相對於樹脂成分、硬化劑及無機填料之總量為20~65體積%(vol%)，且更佳為20~60體積%，又更佳為30~60體積%。
本發明之散熱材料接著用組成物可藉由將前述各成分與因應需要而使用的溶劑一起充分混合而得到。
溶劑雖無特別限定，但有機溶劑可適宜地使用，其具體例可列舉：甲基乙基酮、甲苯、甲醇、四氫化萘等。該等溶劑可單獨使用1種，亦可摻合2種以上來使用。
溶劑之摻合量雖無特別限定，但較佳係相對於樹脂成分100質量份為20~200質量份，且更佳為40~180質量份，又更佳為50~150質量份。
再者，在不逸脫本發明之目的之範圍內，亦可於本發明之散熱材料接著用組成物中，添加迄今同種類的散熱材料接著用組成物所添加的添加劑。
前述散熱材料接著用組成物在不含溶劑的狀態之在80℃下的複數黏度以1×103Pa‧s~5×106Pa‧s為佳，且以1×104Pa‧s~1×106Pa‧s更佳。
藉由選擇前述各摻合成分之種類及量，可令80℃下的複數黏度在前述範圍內。
如後所述，在將附接著劑之散熱材料插入基板之後，通常係一邊加熱一邊進行壓製，而使散熱材料接著用組成物硬化，但在此時，若在80℃下的複數黏度為1×103Pa‧s以上，則會在硬化時使散熱材料接著用組成物難以從散熱材料與基板之間流出，而易於確保基板與散熱材料之密著強度。又，若在80℃下的複數黏度在5×106Pa‧s以下，則散熱材料接著用組成物之流動性會變得適切，而難以在散熱材料與基板之間產生間隙，而變得易於確保散熱材料與基板之密著強度。
本發明之附接著劑之散熱材料係藉由以前述散熱材料接著用組成物被覆散熱材料表面的一部分或全部而成者。
散熱材料只要是使用於與迄今相同目的者就無特別限定，但具體例可列舉：銅、多孔質銅、鐵、鎳等金屬、碳成型品等。
碳成型品雖無特別限定，但可列舉碳與碳纖維之混成材料等。
散熱材料之形狀雖無特別限定，但通常以圓柱狀等柱狀為佳。
附接著劑之散熱材料之製造方法雖無特別限定，但例如可藉由浸漬法來製造。在浸漬法的情況下，藉由在將散熱材料浸入使散熱材料接著用組成物溶解於溶劑而成的溶液中之後，拉起並乾燥去除溶劑，製造以散熱材料接著用組成物被覆散熱材料之表面全體而成的附接著劑之散熱材料。再者亦可因應需要，在將散熱材料浸入前述溶液前，以膠帶等預先被覆散熱材料表面的一部分。藉由如此般的進行方式，可自由地設計散熱材料接著用組成物 被覆散熱材料之位置或面積。
其他製造方法亦可使用例如以下的方法：如圖1(a)所示，將散熱材料2插入設有孔的氟樹脂製片材1，並如(b)所示，使散熱材料接著用組成物3流入孔與散熱材料2之間隙，且於(c)所示，在去除剩餘的散熱材料接著用組成物3後，乾燥去除溶劑，而從氟樹脂製片材1取出的方法。若依據此方法，可如(d)所示製造以散熱材料接著用組成物被覆散熱材料之側面而成的附接著劑之散熱材料A。
在任一方法中乾燥去除溶劑的條件雖無特別限定，但較佳為50~80℃下30~120分鐘，且更佳為50℃下30~60分鐘。
藉由前述而得的附接著劑之散熱材料可適宜地用於例如鑲嵌件基板之製造。使用有此附接著劑之散熱材料的鑲嵌件基板之製造方法雖無特別限定，但可使用如圖2(a)所示般，預先加熱設有散熱材料插入用之孔10的基板11，並如(b)所示般，將以散熱材料接著用組成物13被覆散熱材料12而成的附接著劑之散熱材料B插入前述基板11之孔10中，之後，於圖中箭頭所示方向以壓製機進行壓製的方法。壓製機可使用固定散熱材料時所一般使用的壓製機、真空壓製機等。
壓製條件雖無限定，但較佳係在150~190℃、面壓力5~15kg/cm2的條件下壓製30~120分鐘，而使散熱材料接著用組成物硬化。
預先加熱前述基板之溫度雖亦無特別限定，但以40~90℃為佳，且以50~80℃更佳。藉由如此般預先加熱基板，可在附接著劑之散熱材料插入前述基板之孔時，使散熱材料上塗布的散熱材料接著用組成物因熱而熔融，因此會變得容易插入。
藉由前述而得到的附接著劑之散熱材料，由於散熱材料接著用組成物具有適度的黏性，因此可在壓製時於不使散熱材料接著用組成物從基板與散熱材料之間流出的情況下進行壓製，而可輕易地對基板進行固定。
因此，若依據本發明之散熱材料接著用組成物，由於可在散熱材料固定基板時確保穩定的密著性，因此可解決密著力不足而使散熱材料脫落等習知的問題點。又，本發明之附接著劑之散熱材料由於可容易地對基板插入，因此可提升作業效率，而減少成本。
再者，前述散熱材料接著用組成物之使用法並不限定於前述者，例如亦可在塗布散熱材料後，在不乾燥去除溶劑的情況下插入基板。
又，亦可將前述散熱材料接著用組成物塗布在離型薄膜等而使溶劑乾燥去除，而作成薄膜狀來使用。
又，亦可在將附接著劑之散熱材料插入基板而進行壓製時，在不藉由加熱而使其硬化的情況下，藉由接著用組成物之塑性變形來以暫時固定的方式使其固定在基板上。
實施例
以下雖展示本發明之實施例，但本發明當不為以 下實施例所限定。再者，以下之中摻合比例等只要無特別預先說明皆令其為質量基準。
遵循下述表1所示之摻合，混合樹脂成分(樹脂或樹脂溶液)、硬化劑及作為無機填料之銀塗布銅粉，而製造散熱材料接著用組成物。再者，令銀塗布銅粉之密度為9.1g/cm3，且令除此以外的原料之密度為1.1g/cm3，而可計算銀塗布銅粉之體積%(vol%)。
固形環氧樹脂1：參酚型環氧樹脂，Printec股份有限公司製「VG3101L」，50質量%甲基乙基酮溶液
固形環氧樹脂2：雙酚A型環氧樹脂，三菱化學股份有限公司製「JER1010」，50質量%甲基乙基酮溶液
液狀環氧樹脂：雙酚F型環氧樹脂，股份有限公司ADEKA製「EP-4901E」
雙順丁烯二醯亞胺化合物：Designer Molecules Inc.製「BMI-3000CG」，60質量%甲苯溶液
咪唑系硬化劑：四國化學轉化工業股份有限公司製「2E4MZ(2-乙基-4-甲基咪唑)」
陽離子系硬化劑：四正丁基鏻四苯基硼酸鹽
自由基系硬化劑：異丙苯過氧化氫
銀塗布銅粉1：銀塗布量10質量%，球狀，平均粒徑5μm
銀塗布銅粉2：銀塗布量10質量%，球狀，平均粒徑10μm
對所得到的散熱材料接著用組成物，藉由以下方法來測量複數黏度。
複數黏度測量方法：在經離型處理的聚對苯二甲 酸乙二酯(PET)樹脂上，塗布散熱材料接著用組成物而使得厚度成為約100μm，於50℃使溶劑乾燥30分鐘，而製作薄膜。接著，從薄膜剝離PET樹脂，重疊6片所得之由散熱材料接著用組成物形成之薄膜而令其為測量樣品，以下述裝置及測量條件進行測量。
裝置名：Anton Paar公司製MCR302(模組化緊湊流變儀(Modular Compact Rheometer))
板：D-PP25/AL/S07直徑25mm
振盪角：0.1%
頻率：1Hz
測量範圍：25~200℃
升溫速度：5℃/min
在由使用有銅、多孔質銅、碳纖維之混成材料所形成的
Figure 105119557-A0202-12-0013-7
5.88mm、厚度1.5mm之散熱材料的上面及底面貼上膠帶，藉由浸漬法來塗布前述散熱材料接著用組成物，且在40℃使其1小時乾燥之後，剝離膠帶，而製作附接著劑之散熱材料。之後，將附接著劑之散熱材料埋入設置於FR-4(阻燃類型4(Flame Retardant Type 4))基板上的
Figure 105119557-A0202-12-0013-8
6.0mm、深度1.5mm之孔中，並使用壓製機而以最高溫度190℃、面壓力：10kg/cm2進行壓製1小時，而製作鑲嵌件基板。
對所得到的鑲嵌件基板，藉由以下方法來進行附接著劑之散熱材料與通孔電鍍之間隙評定及密著強度之測量。將結果示於表1。
附接著劑之散熱材料與通孔電鍍之間隙評定：以光學顯微鏡(倍率：80倍)觀察鑲嵌件基板之截面，在附接著劑之散熱材料與通孔電鍍之間有間隙時評定為「×」，無間隙時則評定為「○」。
密著強度之測量方法：針對鑲嵌件基板與焊劑浸漬後之鑲嵌件基板，將
Figure 105119557-A0202-12-0014-6
2.5mm之金屬製的棒推抵到附接著劑之散熱材料部分，並以20mm/min塞入，而測量附接著劑之散熱材料脫落為止的強度。此強度希望要在100N以上。
Figure 105119557-A0202-12-0014-3
結果係如表1所示般，散熱材料接著用組成物之複數黏度在1×103Pa‧s~5×106Pa‧s之範圍內的實施例1~5中，附接著劑之散熱材料與通孔電鍍係無間隙地密著。又，實施例1~5中，附接著劑之散熱材料之密著強度在100N以上，而得到了穩定的密著性。另一方面，複數黏度在1×103Pa‧s~5×106Pa‧s之範圍外的比較例1及2則在附接著劑之散熱材料與通孔電鍍之間觀察到了間隙，且附接著劑之散熱材料之密著強度亦小於100N，而無法得到穩定的密著性。

Claims (2)

  1. 一種鑲嵌件基板，具有業已插入基板之孔的散熱材料；散熱材料表面的一部分或全部被覆有接著用組成物，該接著用組成物含有：包含環氧樹脂之樹脂成分、硬化劑、及無機填料；前述無機填料係選自於以下之1種或2種以上：金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、合金粉、銀塗布銅粉、金塗布銅粉、銀塗布鎳粉、金塗布鎳粉、石墨烯及碳；前述合金粉係由選自金、銀、銅及鎳之2種以上金屬構成；該接著用組成物在80℃下的複數黏度在1×103Pa‧s~5×106Pa‧s之範圍內。
  2. 一種鑲嵌件基板之製造方法，係具有下述步驟：預先加熱基板的步驟；以接著用組成物被覆散熱材料表面的一部分或全部而調製附接著劑之散熱材料的步驟，該接著用組成物含有：包含環氧樹脂之樹脂成分、硬化劑、及無機填料；將前述附接著劑之散熱材料插入前述經加熱之基板之孔的步驟；將前述附接著劑之散熱材料朝插入方向進行加壓以固定於前述基板的步驟；並且前述無機填料係選自於以下之1種或2種以上：金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、合金粉、銀塗布銅粉、金塗布銅粉、銀塗布鎳粉、金塗布鎳粉、石墨烯及碳；前述合 金粉係由選自金、銀、銅及鎳之2種以上金屬構成；該接著用組成物在80℃下的複數黏度在1×103Pa‧s~5×106Pa‧s之範圍內。
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